深议项目式教学中提升学生计算思维的有效策略——以高中人工智能课程为例.docx
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1、深议项目式教学中提升学生计算思维的有效策略以高中人工智能课程为例以人工智能初步教材规划的知识体系为例,基于计算思维的高中人工智能课程主体结构主要包含六部分:面向对象思想与管理理念、信息安全与规则、系统开发与工程需求、网络交互思想与合作、系统设计和实际制作、互联网世界运营规则等。设计相关项目式教学活动,应主动迎合上述课程结构的核心内容。一、计算思维的主要概述现如今,计算思维已经得到全世界的高度重视,但是对计算思维的研究主要从不同层面展开分析,使关于计算思维的内涵界定还没有达成统一。著名的周以真教授将计算思维认为是利用计算机科学的主要概念,通过问题求解、系统规划、人类行为理解等方面计算机科学之广度
2、的有关思维活动。为了便于理解,此教授也把计算思维定义成形式化问题与解决方案有关的思维过程。简而言之就是利用约简、嵌入、转化、仿真等方式,将看似难度很高的问题,解释成问题怎样化解的方法。同时,计算思维的基本特点包括非刻板的主要技能、非计算机思维、注重思想并非人造物、面向所有群体与地方、数学思维与工程思维相互融合、概念化等。除此之外,我国著名的科学院院士陈国良把计算思维称为构造思维,认为计算思维主要将设计与系统结构作为特点,把计算机科学当作代表,利用计算概念,进一步解决实际问题、设计系统、理解人们行为的主要手段。计算思维主要包括数学思维、工程思维、科学思维,具有抽象化、自动化的显著特点。在科学教育
3、层面,把计算思维当作STEM学科人才需要拥有的一项基本素养。譬如,部分学者基于科学的计算方法论的层面,认为计算思维的基本属性包括抽象思维、模拟思维以及自动化思维,而与之相对的数学实践主要以建模和模拟、数据采集和数据分析以及系统性思维为主。二、开发计算思维的实际困难与典型应对策略1.造成计算思维融入教育事业发展困难的根本原因。由于信息科技发展历史时间不长,属于高新型科技产业,技术体系结构具有优化更替速度快的鲜明特点;相关科学领域中包含的实用性技术教学课程与经典科学理论教学科目更迭频率较快,致使我国信息科技等有关课程教学尚处于起步阶段。如何构建突出实践与搞好理论基础的教学系统,业已成为信息科技教育
4、面临的创新难点与课题。2.解决开发计算思维困难的经典策略。依据计算思维培育的可操作性,通过借鉴知名专家詹姆士格雷有关挖掘计算思维观点的核心内容,将构筑计算思维实践过程分为三部分:第一,针对问题的提出或表述,能否使用简洁明了的模型突出问题的焦点,增强处理问题的可操作性。第二,罗列问题的应对措施、设计详细周密的问题应对方案,每一关键解决步骤需要具有可测试性,以求准确评估方案合理性。第三,细化、分解解决措施,提升处理方案步骤的实用性,方便实际操作。计算思维重视塑造学生分析处理问题的多元化视角,结合运用时代尖端高新科技解决实际问题,进而通过不同教育阶段的深入学习,深刻领会信息世界发展进步的要点与趋势。
5、计算思维紧密贴合素质教育宗旨,是增进学生实践能力、发挥学生兴趣特长的优良策略。三、基于计算思维的高中人工智能课程项目式教学体系设计1.计算思维下人工智能课程项目式教学设计需求。凭借在学科核心素养背景下对信息科技课程开设标准的充分考量,设计基于计算思维的新型人工智能课程教学体系结构,为基层校园科学、高效开展有关教学活动提供新思路。该种体系结构下属六种教学主题,可充分与人工智能初步教材相互对应,为任课教师构思项目式课程教学案例提供充分的理论标准。具体体系设计内容如下表所示:表一 基于计算思维人工智能课程教学体系对应表2.高中人工智能课程相应实例分析。以高中人工智能基础第二章为例:任课教师在实际教学
6、过程中,可按相关课程设计需求制定相应课堂任务。人工智能系统发挥实际效用的核心技术是准确快速处理信息,通过算法识别以二进制为基础的有关数据。教师可将分类识别作为本次课程的首要任务,从底层算法设计原理着手,深入了解机器识别事物全过程,基本掌握感知器学习算法,尝试实现人工智能系统辨别变色鸢尾和山鸢尾的简单功能。基于上述教学项目,任课老师可鼓励学生开动脑筋,思考如何令机器具备识别花朵的能力。通过课题的方式,潜移默化发掘学生计算思维。结合教材体系规划,带领学生设计具有简易识物功能的识物装置分类器。为使分类器正确识别两种不同的花卉,教师可适时引入“特征”与“特征向量”的概念,并详细介绍计算机向量运算的方法
7、。感知器内部装载基本算法落实后,逐步为学生介绍机器学习的核心概念,层层递进向学生讲解人工智能系统训练的基本理念与原理。以培养学生核心素养、发掘计算思维为教学目标,深入浅出向学生引入感知器学习算法的重要内容。四、核心素养背景下发掘学生计算思维项目式教学分析1.基于核心素养的人工智能课程项目式教学目的。通过分析高中人工智能初步教材编写结构,界定教材中不同板块与基于计算思维课程体系架构不同主题之间的逻辑关系,确定实施项目式教学的主要模块,包括初识人工智能、人工智能实际应用、认识人工智能底层逻辑知识结构、机器学习初探和人工智能未来发展前景辨析等。(1)初识人工智能模块教学。初识人工智能模块旨在通过课堂
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